Бурение отверстий в земле. Какие тайны скрывает кольская сверхглубокая скважина

Общий вид комплекса Кольской сверхглубокой скважины.

Во глубине горячих руд…

XX век ознаменовался триумфом человека в воздухе и покорением самых глубоких впадин Мирового океана. Лишь мечта проникнуть к сердцу нашей планеты и познать скрытую доселе жизнь ее недр по-прежнему остается недостижимой. «Путешествие к центру Земли» обещает быть необычайно трудным и увлекательным, таящим в себе массу неожиданностей и невероятных открытий. Первые шаги на этом пути уже сделаны — в мире пробурено несколько десятков сверхглубоких скважин. Информация, полученная при помощи сверхглубокого бурения, оказалась столь ошеломляющей, что поколебала устоявшиеся представления геологов о строении нашей планеты и дала богатейшие материалы для исследователей в самых разных областях знаний.

Прикоснуться к мантии
Трудолюбивые китайцы в XIII веке рыли скважины глубиной 1 200 метров. Европейцы побили китайский рекорд в 1930 году, научившись пронзать земную твердь при помощи буровых на 3 километра. В конце 1950-х годов скважины удлинились до 7 километров. Начиналась эпоха сверхглубокого бурения.

Как и большинство глобальных проектов, идея пробурить верхнюю оболочку Земли возникла в 1960-х годах XX века, в разгар космических полетов и веры в безграничные возможности науки и техники. Американцы задумали ни много ни мало пройти скважиной всю земную кору и получить образцы пород верхней мантии. Представления о мантии тогда (как, впрочем, и сейчас) строились лишь на косвенных данных — скорости распространения сейсмических волн в недрах, изменение которой интерпретировалось как граница слоев горных пород разного возраста и состава. Ученые считали, что земная кора похожа на бутерброд: сверху молодые породы, снизу — древние. Однако лишь сверхглубокое бурение могло дать доподлинную картину строения и состава внешней оболочки Земли и верхней мантии.

Проект «мохол»

В 1958 году в США появилась программа сверхглубокого бурения «Мохол». Это один из самых смелых и загадочных проектов послевоенной Америки. Как и многие другие программы, «Мохол» был призван обогнать СССР в научном соперничестве, установив мировой рекорд в сверхглубоком бурении. Название проекта происходит от слов «Мохоровичич» — это фамилия хорватского ученого, который выделил поверхность раздела между земной корой и мантией — границу Мохо, и «hole», что по-английски значит «скважина». Создатели программы решили бурить в океане, где, по данным геофизиков, земная кора значительно тоньше, чем на материках. Надо было спустить трубы на несколько километров в воду, пройти 5 километров океанского дна и достичь верхней мантии.

В апреле 1961 года у острова Гваделупа в Карибском море, где водная толща достигает 3,5 км, геологи пробурили пять скважин, самая глубокая из них вошла в дно на 183 метра. По предварительным расчетам, в этом месте под осадочными породами ожидали встретить верхний слой земной коры — гранитный. Но поднятый из-под осадков керн содержал чистые базальты — эдакий антипод гранитов. Результат бурения обескуражил и в то же время окрылил ученых, они стали готовить новую фазу бурения. Но когда стоимость проекта перевалила за 100 млн. долларов, конгресс США прекратил финансирование. «Мохол» не ответил ни на один из поставленных вопросов, но он показал главное — сверхглубокое бурение в океане возможно.

Похороны откладываются
Сверхглубокое бурение позволило заглянуть в недра и понять, как ведут себя горные породы при высоких давлениях и температуре.Представление, что горные породы с глубиной становятся плотнее и пористость их убывает, оказалось неверным, как и точка зрения о сухих недрах. Впервые это было обнаружено при бурении Кольской сверхглубокой, другие скважины в древних кристаллических толщах подтвердили тот факт, что на многокилометровой глубине горные породы разбиты трещинами и пронизаны многочисленными порами, а водные растворы свободно движутся под давлением в несколько сот атмосфер. В этом открытии состоит одно из важнейших достижений сверхглубокого бурения. Оно заставило вновь обратиться к проблеме захоронения радиоактивных отходов, которые предполагалось помещать в глубокие скважины, что казалось совершенно безопасным. Учитывая информацию о состоянии недр, полученную в ходе сверхглубокого бурения, проекты создания подобных могильников ныне выглядят весьма рискованными.

В поисках остывшего пекла

С тех пор мир заболел сверхглубоким бурением. В США готовили новую программу изучения океанского дна (Deep Sea Drilling Project). Построенное специально для этого проекта судно «Гломар Челленджер» несколько лет провело в водах различных океанов и морей, пробурив в их дне почти 800 скважин, достигнув максимальной глубины 760 м. К середине 1980-х годов результаты морского бурения подтвердили теорию тектоники плит. Геология как наука родилась заново. Тем временем Россия шла своим путем. Интерес к проблеме, разбуженный успехами США, вылился в программу «Изучение недр Земли и сверхглубокое бурение», но не в океане, а на континенте. Несмотря на многовековую историю, континентальное бурение представлялось совершенно новым делом. Ведь речь шла о недостижимых ранее глубинах — более 7 километров. В 1962 году Никита Хрущев утвердил эту программу, хотя руководствовался он скорее политическими мотивами, нежели научными. Ему не хотелось отстать от США.

Возглавил вновь созданную лабораторию при Институте буровой техники известный нефтяник доктор технических наук Николай Тимофеев. Ему было поручено обосновать возможность сверхглубокого бурения в кристаллических породах — гранитах и гнейсах. На исследования ушло 4 года, и в 1966 году эксперты вынесли вердикт — бурить можно, причем не обязательно техникой завтрашнего дня, достаточно того оборудования, что уже есть. Главная проблема — жара на глубине. Согласно расчетам, по мере внедрения в горные породы, слагающие земную кору, температура должна увеличиваться через каждые 33 метра на 1 градус. Значит, на глубине 10 км надо ожидать порядка 300°С, а на 15 км — почти 500°С. Такого нагрева бурильные инструменты и приборы не выдержат. Надо было искать место, где недра не столь горячи…

Такое место нашли — древний кристаллической щит Кольского полуострова. Отчет, подготовленный в Институте физики Земли, гласил: за миллиарды лет своего существования Кольский щит остыл, температура на глубине 15 км не превышает 150°С. А геофизики подготовили примерный разрез недр Кольского полуострова. По их данным, первые 7 километров — это гранитные толщи верхней части земной коры, потом начинается базальтовый слой. Тогда представление о двухслойном строении земной коры было общепринятым. Но как оказалось позднее, и физики, и геофизики ошибались. Площадку для буровой выбрали на северной оконечности Кольского полуострова близ озера Вильгискоддеоайвинъярви. По-фински это значит «Под волчьей горой», хотя ни горы, ни волков в том месте нет. К бурению скважины, проектная глубина которой составляла 15 километров, приступили в мае 1970 года.

Начальник экспедиции Д.Губерман у колышка на месте будущей скважины.

Разочарование шведов
В конце 1980-х годов в Швеции в поисках природного газа небиологического происхождения пробурили скважину до глубины 6,8 км. Геологи решили проверить гипотезу, согласно которой нефть и газ образуются не из отмерших растений, как считает большинство ученых, а посредством мантийных флюидов — горячих смесей газов и жидкостей. Насыщенные углеводородами флюиды просачиваются из мантии в земную кору и накапливаются в больших количествах. В те годы идея о происхождении углеводородов не из органического вещества осадочных толщ, а посредством глубинных флюидов была в новинку, многие хотели ее проверить. Из этой идеи следует, что запасы углеводородов могут содержать не только осадочные, но также вулканические и метаморфические породы. Вот почему Швеция, большей частью расположенная на древнем кристаллическом щите, взялась поставить эксперимент.

Для бурения выбрали кратер Сильян Ринг диаметром 52 км. По геофизическим данным, на глубине 500—600 метров находились кальцинированные граниты - возможная покрышка для нижележащего резервуара углеводородов. Замеры ускорения силы тяжести, по изменению которой можно судить о составе и плотности залегающих в недрах горных пород, говорили о наличии высокопористых пород на глубине 5 км - возможного коллектора нефти и газа. Результаты бурения разочаровали ученых и инвесторов, вложивших в эти работы 60 млн. долларов. Пройденные толщи не содержали промышленных запасов углеводородов, только проявления нефти и газа явно биологического происхождения из древних битумов. Во всяком случае, никому не удалось доказать обратное.

Инструмент для преисподней

Создания принципиально новых устройств и гигантских машин бурение Кольской скважины СГ-3 не требовало. Начинали работать с тем, что уже имелось: установка «Уралмаш 4Э» грузоподъемностью 200 тонн и легкосплавные трубы. Что действительно было нужно на тот момент, так это нестандартные технологические решения. Ведь в твердых кристаллических породах на столь большую глубину никто не бурил, и что там будет, представляли себе только в общих чертах. Опытные буровики, однако, понимали, что каким бы детальным ни был проект, реальная скважина окажется намного сложнее. Через 5 лет, когда глубина скважины СГ-3 превысила 7 километров, смонтировали новую буровую установку «Уралмаш 15 000» — одну из самых современных по тем временам. Мощная, надежная, с автоматическим спускоподъемным механизмом, она могла выдержать колонну труб длиной до 15 км. Буровая превратилась в полностью обшитую вышку высотой 68 м, непокорную сильным ветрам, бушующим в Заполярье. Рядом выросли минизавод, научные лаборатории и кернохранилище.

Установка «Уралмаш 4Э».

При бурении на небольшие глубины мотор, который вращает колонну труб с буром на конце, устанавливают на поверхности. Бур представляет собой железный цилиндр с зубьями из алмазов или твердых сплавов — коронку. Эта коронка вгрызается в породы и вырезает из них тонкий столбик — керн. Чтобы охладить инструмент и извлечь из скважины мелкий мусор, в нее нагнетают буровой раствор — жидкую глину, которая все время циркулирует по стволу, словно кровь в сосудах. Через какое-то время трубы поднимают на поверхность, освобождают от керна, меняют коронку и вновь опускают колонну в забой. Так ведется обычное бурение.

А если длина ствола 10—12 километров при диаметре 215 миллиметров? Колонна труб становится тончайшей нитью, опущенной в скважину. Как ею управлять? Как увидеть, что творится в забое? Поэтому на Кольской скважине внизу бурильной колонны установили миниатюрные турбины, их запускал буровой раствор, нагнетаемый по трубам под давлением. Турбины вращали твердосплавную коронку и вырезали керн. Вся технология была хорошо отработана, оператор на пульте управления видел вращение коронки, знал ее скорость и мог управлять процессом.

Каждые 8—10 метров многокилометровую колонну труб приходилось поднимать наверх. Спуск и подъем в общей сложности занимали 18 часов.

Алмазные грезы Поволжья
Когда в Нижегородской области были найдены мелкие алмазы, это немало озадачило геологов. Конечно, проще всего было предположить, что драгоценные камни принес ледник или речные воды откуда-то с севера. Но вдруг местные недра скрывают кимберлитовую трубку — вместилище алмазов? Проверить эту гипотезу решили в конце 1980-х годов, когда программа научного бурения в России набирала обороты. Место для бурения выбрали севернее Нижнего Новгорода, в центре гигантской кольцевой структуры, которая хорошо выделяется в рельефе. Одни считали ее метеоритным кратером, другие — трубкой взрыва или жерлом вулкана. Бурение прекратили, когда Воротиловская скважина достигла глубины 5 374 м, из которых более километра приходилось на кристаллические породы фундамента. Кимберлитов там не нашли, но справедливости ради следует сказать, что в споре о происхождении этой структуры точку тоже не поставили. Добытые из недр факты одинаково подходили для сторонников обеих гипотез, в итоге каждый остался при своем мнении. А скважину превратили в глубинную геолабораторию, которая действует и поныне.

Коварство цифры «7»

7 километров — отметка для Кольской сверхглубокой роковая. За ней начались неизвестность, множество аварий и непрерывная борьба с горными породами. Ствол никак не удавалось держать вертикально. Когда в первый раз прошли 12 км, скважина отклонилась от вертикали на 21°. Хотя буровики уже научились работать при невероятной кривизне ствола, дальше углубляться было нельзя. Скважину предстояло перебурить с отметки 7 километров. Чтобы получать вертикальный ствол в твердых породах, нужен очень жесткий низ бурильной колонны, дабы он входил в недра, как в масло. Но возникает и другая проблема — скважина постепенно расширяется, бур болтается в ней, как в стакане, стенки ствола начинают рушиться и могут придавить инструмент. Решение этой задачи получилось оригинальным — была применена технология маятника. Бур искусственно раскачивался в скважине и подавлял сильные колебания. За счет этого ствол получался вертикальным.

Кернохранилище.

Наиболее распространенная авария на любой буровой — обрыв колонны труб. Обычно трубы пытаются захватить вновь, но если это случается на большой глубине, то проблема переходит в разряд неустранимых. Искать инструмент в 10-километровой скважине бесполезно, такой ствол бросали и начинали новый, чуть выше. Обрыв и потеря труб на СГ-3 случались многократно. В итоге в своей нижней части скважина выглядит как корневая система гигантского растения. Разветвленность скважины огорчала буровиков, но оказалась счастьем для геологов, которые неожиданно получили объемную картину внушительного отрезка древних архейских пород, сформировавшихся более 2,5 млрд. лет назад.

Есть 12000 метров!

В июне 1990 года СГ-3 достигла глубины 12 262 м. Скважину стали готовить к проходке до 14 км, и тут вновь произошла авария — на отметке 8 550 м колонна труб оборвалась. Продолжение работ требовало долгой подготовки, обновления техники и новых затрат. В 1994 году бурение Кольской сверхглубокой прекратили. Через 3 года она попала в Книгу рекордов Гиннесса и до сих пор остается непревзойденной. Сейчас скважина представляет собой лабораторию для изучения глубоких недр.

Засекреченные недра

СГ-3 была секретным объектом с самого начала. Виноваты и пограничная зона, и стратегические месторождения в округе, и научный приоритет. Первым иностранцем, посетившим буровую, стал один из руководителей Академии наук Чехословакии. Позже, в 1975 году, о Кольской сверхглубокой вышла статья в «Правде» за подписью министра геологии Александра Сидоренко. Научных публикаций по Кольской скважине по-прежнему не было, но кое-какие сведения за рубеж просачивались. Больше по слухам мир стал узнавать — в СССР бурят самую глубокую скважину.

Извлечённый керн.

Завеса тайны, наверное, висела бы над скважиной до самой «перестройки», не случись в 1984 году в Москве Всемирного геологического конгресса. К столь крупному в научном мире событию тщательно готовились, для Министерства геологии даже построили новое здание — ожидали много участников. Но зарубежных коллег интересовала в первую очередь Кольская сверхглубокая! Американцы вообще не верили в то, что она у нас есть. Глубина скважины к тому моменту достигла 12 066 метров. Скрывать объект более не имело смысла. В Москве участников конгресса ждала выставка достижений российской геологии, один из стендов был посвящен скважине СГ-3. Специалисты всего мира недоуменно взирали на обычную буровую головку со стертыми твердосплавными зубьями. И этим бурят самую глубокую в мире скважину? Невероятно! В поселок Заполярный отправилась большая делегация геологов и журналистов. Посетителям показали буровую в действии, доставали и отсоединяли 33-метровые секции труб. Вокруг высились кучи точно таких же буровых головок, как и та, что лежала на стенде в Москве.

От Академии наук делегацию принимал известный геолог, академик Владимир Белоусов. Во время пресс-конференции из зала ему задали вопрос:

— Что же самое главное показала Кольская скважина?

— Господа! Главное, она показала то, что мы ничего не знаем о континентальной коре, — честно ответил ученый.

Глубокая неожиданность

Кое-что о земной коре континентов, конечно, знали. Тот факт, что континенты сложены очень древними породами, возрастом от 1,5 до 3 миллиардов лет, не опровергла даже Кольская скважина. Однако составленный на основании керна СГ-3 геологический разрез оказался прямо противоположным тому, что ученые представляли себе ранее. Первые 7 километров были сложены вулканическими и осадочными породами: туфами, базальтами, брекчиями, песчаниками, доломитами. Глубже лежал так называемый раздел Конрада, после которого скорость сейсмических волн в породах резко увеличивалась, что интерпретировалось как граница между гранитами и базальтами. Этот раздел был давно пройден, но базальты нижнего слоя земной коры так нигде и не появились. Наоборот, начались граниты и гнейсы.

Извлечение керна.

Разрез Кольской скважины опроверг двухслойную модель земной коры и показал, что сейсмические разделы в недрах — это не границы слоев из пород разного состава. Скорее они указывают на изменение свойств камня с глубиной. При высоком давлении и температуре свойства пород, видимо, могут резко меняться, так, что граниты по своим физическим характеристикам становятся похожи на базальты, и наоборот. Но поднятый на поверхность с 12-километровой глубины «базальт» тут же становился гранитом, хоть и испытывал по пути сильнейший приступ «кессонной болезни» — керн крошился и распадался на плоские бляшки. Чем дальше уходила скважина, тем меньше качественных образцов попадало в руки ученых.

Буровая.

Глубина заключала в себе много неожиданностей. Раньше было естественно думать, что с удалением от поверхности земли, с ростом давления породы становятся более монолитными, с малым количеством трещин и пор. СГ-3 убедила ученых в обратном. Начиная с 9 километров, толщи оказались очень пористыми и буквально напичканы трещинами, по которым циркулировали водные растворы. Позднее этот факт подтвердили другие сверхглубокие скважины на континентах. На глубине оказалось гораздо жарче, чем рассчитывали: на целых 80°! На отметке 7 км температура в забое была 120°С, на 12 км — достигла уже 230°С. В образцах Кольской скважины ученые обнаружили золотое оруденение. Вкрапления драгоценного металла находились в древних породах на глубине 9,5—10,5 км. Впрочем, концентрация золота была слишком мала, чтобы заявлять о месторождении — в среднем 37,7 мг на тонну породы, но достаточная, чтобы ожидать его и в других подобных местах.

P.S. Ещё хочется добавить аудиозапись сделанную на глубину

ещё один звук, но уже приправленный коментариями, правда на английском (вероятно данном случае речь идёт об Уральской сверхглубокой скважине (СГ-4))

Источник http://via-midgard.info/

Кольская сверхглубокая скважина (СГ-3) - самая глубокая буровая скважина в мире. Находится в Мурманской области, в 10 километрах к западу от города Заполярного, на территории Балтийского щита. Её глубина составляет 12 262 метра. В отличие от других сверхглубоких скважин, которые делались для добычи нефти или геологоразведки, СГ-3 была пробурена исключительно для исследования литосферы в том месте, где граница Мохоровичича подходит близко к поверхности Земли.

Толщи осадочных пород к тому времени были хорошо изучены при добыче нефти. Интереснее было бурить там, где вулканические породы возрастом около 3 млрд лет (для сравнения: возраст Земли оценивается в 4,5 млрд лет) выходят на поверхность. Для добычи полезных ископаемых такие породы редко бурят глубже 1-2 км. Предполагалось, что уже на глубине 5 км гранитный слой сменится базальтовым.

Кольская сверхглубокая послужила источником городской легенды о «дороге в ад» (Well to Hell hoax (англ.)). Эта городская легенда ходит по Интернету по крайней мере с 1997 года.По этой легенде в самой толще земли, на глубине 12 тысяч метров, микрофоны ученых записали крики и стоны. В бульварных газетах пишут, что это «глас из преисподней». Кольскую сверхглубокую скважину стали называть «дорогой в ад» - каждый новый пробуренный километр принес несчастья стране. Когда буровики вели проходку тринадцатой тысячи метров, распался СССР. Когда скважину пробурили до глубины 14,5 км, вдруг наткнулись на пустоты. Заинтригованные этим неожиданным открытием, буровики спустили туда микрофон, способный работать при чрезвычайно высоких температурах, и другие датчики. Температура внутри достигала 1,100°C - был жар огненных палат, в которых, якобы, можно было услышать человеческие крики.

В конце 80-х годов в зарубежной печати появились сообщения о том, что русские пробурили дыру в преисподнюю. Так говорили о самой глубокой Кольской скважине. Якобы ученые опустили микрофон на глубину свыше 10 километров и записали жуткие звуки. На магнитной записи – свисты, скрежет, стоны, душераздирающие крики мужчин и женщин. Словно бур попал в настоящий библейский ад, где грешников погружают в кипящую смолу. Поэтому, мол, дальше «дырявить землю» не стали…

ДРУГОЙ ИСТОЧНИК

В самом деле, в 70-е годы на северо-западе Кольского полуострова начали бурить самую глубокую скважину в мире, чтобы подробнее изучить недра Земли. Керны пород, вынутые из бурильных труб, раскладывали по ящикам в определенном порядке. В скважину периодически опускали датчики для замера температуры каждого очередного горизонта. В 1991 году ее забой достиг отметки 12261 метра. Впервые вскрыт непрерывный разрез двух древнейших комплексов во временном интервале от 3 до 1,6 миллиарда лет. Гигантская буровая, высотой с двадцатиэтажный дом, наверное, еще долгие годы будет стоять как памятник достигнутого здесь рекорда глубины бурения.

Эта информациЯ о «голосах из-под земли» не единична. Например, москвич Станислав Долгер рассказывает: «Мы с женой купили дачный участок, начали обустраивать. Поскольку за водой приходилось ходить за полкилометра к ближайшей колонке, первым вопросом для нас стал колодец. Узнали у соседей, что до воды в нашем районе около семи метров. Весной я заказал восемь бетонных колец. Решил все сделать сам. Копал по выходным дням, не торопясь. За уикенд зарывался на метр в глубину, а затем на неделю уезжал в столицу, давая кольцам возможность спокойно и равномерно осесть.

Странности начались с шестого кольца – на шестиметровой глубине я неожиданно начал слышать голоса. Речь была грубоватой, отрывистой, напоминала немецкий язык. Голоса звучали разные – мужские, женские, детские. Причем не постоянно, а как обычно бывает в любом доме: иногда все заняты и царит тишина, а то вдруг возникает спор и слышатся отдельные фразы. Одна за другой, перебивая, накладываясь одна на другую.

Чего я только не передумал по этому поводу. Сперва, естественно, решил, что жена с кем-то снаружи разговаривает. Потом на собственный рассудок начал грешить. Однако вскоре выяснилось, что мне не мерещится. Во-первых, голоса я слышал только внизу, и нигде более. Во-вторых, когда поднимался, они становились тише и глуше, оставаясь внизу. То есть, голоса были привязаны не к моей голове, а к конкретному месту. Я попробовал даже психотропный стимулятор – хряпнул двести грамм водки, спустился вниз. Голоса слышались точно так же, как и по трезвости. Хотел опустить жену, чтобы тоже послушала – но она глубины испугалась.

Потом были другие мысли – вроде того, что внизу находится какой-нибудь тайный бункер, секретная шахта. Однако ни о чем похожем ни в поселке, ни вокруг никто никогда не слыхивал. Идеи вроде того, что внизу лежат телефонные кабели, и разговоры отражаются в моем мозгу, тоже пришлось откинуть – кто же станет провода на шесть метров закапывать. Самой правдоподобной показалась мысль о том, что я наткнулся на жилище каких-нибудь гномов или еще каких подземных существ. Или, точнее, прокопался где-то совсем рядом.

Наверху в подобное верилось с трудом – но когда сидишь глубоко под землей, а кто-то болтает над самым ухом – все воспринимается несколько иначе. Я даже сделал неделю перерыва в рытье, ожидая не случится ли чего нехорошего. Но на участке и вокруг все оставалось спокойно. И я начал рыть колодец дальше, каждую минуту ожидая каких-нибудь неожиданностей. Но ничего не происходило – если не считать оживленных комментариев на незнакомом языке чуть ли не над самой головой. Тем не менее, я упрямо зарылся еще на метр и в воскресенье вечером уехал в город. Когда приехал на дачу спустя шесть дней – в колодце уже плескалась вода. Никаких голосов оттуда больше не доносилось, вода в нем оказалась самая обыкновенная (сдал ее в СЭС на анализ)».

Новость отредактировал Mr.Bubble - 21-09-2010, 20:31

Название Mohole сложносоставное. «Hole» означает скважина или попросту дыра, а первый слог «Мо» взят из фамилии выдающегося хорватского геофизика Андрея Мохоровичича. Благодаря ему, в научный обиход вошло понятие поверхность Мохоровичича. Так называется таинственная подземная область, предположительно нижняя граница земной коры, на которой происходит скачкообразное увеличение скоростей продольных сейсмических волн с 6,7—7,6 до 7,9—8,2 км/с и поперечных— с 3,6—4,2 до 4,4—4,7 км/с. Плотность вещества также возрастает скачком, предположительно, с 2,9—3 до 3,1—3,5 т/м³. Целью проекта «Мохол» как раз и было достичь этой поверхности и впервые получить о ней наглядное, а не только лишь умозрительное представления.

Бурильная платформа CUSS I, Project Mohole

Полагали, что этого легче будет добиться, начав бурение на дне океана, где кора значительно тоньше. Было выбрано место рядом с островом Гуадалупе с глубиной океана около 3,5 км. Однако пробурить удалось лишь 5 пробных скважин с заглублением в дно до 180 метров. После этого проект, увы, пришлось закрыть в связи с перерасходом средств.

В 1973-1974 гг. в штате Оклахома пробурили скважину Берта Роджерс (Bertha Rogers). Предназначение у неё было более прозаическая - добыча нефти, но научно-исследовательская нагрузка у проекта тоже имелась. Берта Роджерс достигла глубины 9583 м и до поры до времени она оставалась самой глубокой скважиной в мире.

Тем временем в СССР был запущен проект по созданию порядка 30 сверхглубоких (более 5 км) скважин в различных районах страны. В основном они были нефтедобывающими, но не все. В 1974 г. самая глубокая из них имела глубину 7263. Это была Кольская сверхглубокая скважина, которая занимала особое место в советской программе глубинного бурения. Она не была предназначена для добычи нефти, а исключительно для научных изысканий.

Кольскую сверхглубокую заложили в 1970 г. в северо-восточной части Балтийского щита, в месте, где на поверхность выходят древнейшие извержённые породы, мало изученные при добыче полезных ископаемых, которая чаще ведётся в осадочных толщах. К тому же, и граница Мохоровичича проходит здесь неглубоко (относительно, конечно).

Замахнулись на 15 км. В задачи, поставленные перед участниками проекта, входило на практике подтвердить или опровергнуть ряд теорий, выявить особенности процессов рудообразования, определить природу границ, разделяющих слои в континентальной коре, собрать данные о вещественном составе и физическом состоянии горных пород.

Бурение началось 24 мая. Диаметр входного отверстия составлял 92 см. Сначала работы велись серийной установкой, которую обычно используют при добыче нефти и газа. Потом её сменило оборудование, специально разработанное «Уралмашем» из лёгких, но прочных сплавов. Иначе, при подъёме из глубины, оно бы не выдержало собственного веса.

Бур методично пронзал древние граниты, возраст которых превышал 3 млрд. лет. Недостатка в сюрпризах не было. Бессменный руководитель скважины Давид Миронович Губерман рассказывал в интервью «Мурманскому вестнику» в 2011 г.:

Мы бурили и не знали, что нас ждет. На глубине 1700 метров нашли залежи, богатые никелем. Вот вам перспективы работы для наших комбинатов! Копали дальше. А на трех километрах докопались до Луны! Чистая Луна! - рассказывает Давид Миронович и смеется: - У нас тогда уже был лунный грунт. Мы его сравнили с тем, что подняли с трех километров, по всем физико-механическим свойствам - один в один. Мы с товарищами тогда шутили, что, мол, Луна откололась от Кольского полуострова! Осталось только найти место, откуда она оторвалась...

Позже и вовсе начались чудеса, опровергающие многие общепринятые теории. Полагали, что на пятикилометровой глубине гранит сменят базальты. На этой глубине, как и на границе Мохоровичича, приборы фиксировали резкое увеличение скорости прохождения сейсмических волн. Этот феномен, известный под названием поверхность Конрада, объясняли тем, что здесь верхний гранитный слой земной коры сменяется нижним базальтовым. Однако, бурение этого не подтвердило. Отметка 5 км осталась позади, а установка по-прежнему извлекала на поверхность гранитный керн (цилиндрические колонки породы, предназначенные для научного анализа). Правда, гранит этот был всё более и более необычный, спрессованный высоким давлением, изменивший свои физические и акустические свойства. Но по-настоящему существенные метаморфозы начались лишь на восьмом километре, притом вовсе не те, что предсказывали геологи. Теперь бурение шло не через граниты, но и не через базальты, а через гнейсы - слоистую породу с очень низкой для такой глубины плотностью. Ствол скважины стал осыпаться, а потом буровую колонну заклинивало породой, и головка обрывалась при попытке подъёма. Это не обескураживало исследователей. Потерянная часть буровой колонны цементировалась, бурение продолжалось с отклонением бурового инструмента.

издательство «Недра», 1984

Владимир Басович, заместитель директора по научной работе Кольской сверхглубокой скважины, вспоминает:

У нас было своё КБ, у нас были свои программисты, у нас был свой цех, у нас была своя кузница, термичка, чего хотите. Вот возникла сегодня необходимость, идея - завтра она превращалась в чертежи. Через два дня мы её сами изготавливали. Через четыре дня мы её пускали в неведомые глубины, в невиданно-критичные условия по эксплуатации.

Фото: «Кольская сверхглубокая» Министерство геологии СССР,
издательство «Недра», 1984

Удивление от увиденного всё возрастало. Порода оказалась пористой и трещиноватой, а пустоты были заполнены водой, которую вовсе не ожидали найти в таком количестве на такой глубине. По ходу дела измеряли температуру по всему стволу, естественную радиоактивность - гамма-излучение, наведенную радиоактивность после импульсного нейтронного облучения, электрические и магнитные свойства пород, скорость распространения упругих волн, исследовали состав газов в жидкости скважины. Тут тоже ждали сюрпризы. Температура росла гораздо быстрее, чем предсказывали, да и радиоактивность не желала вести себя как положено.

6 июня 1979 года советские буровики побили рекорд Берта Роджерс и двинулись дальше. К 1984 г. глубина скважины превысила 12 км. На тринадцатом километре аварии начали следовать одна за другой. Как-никак, чёртова дюжина. На этом этапе возникла забавная городская легенда, позже на полном серьёзе растиражированная сначала западной, а потом и постсоветской прессой: советские буровики пробили крышу ада, и спущенная в скважину звукозаписывающая аппаратура зафиксировала вопли страдающих там грешников. Якобы это и послужило причиной прекращения работ и закрытия скважины. Но бурение пришлось прекратить по вполне материалистической причине: технические трудности превзошли все мыслимые пределы. Подъём пород и головки бура с такой глубины сам по себе немыслимо сложен. Добавьте к этому высокие температуры и давление. И неизбежные перепады этих показателей при подъёме на поверхность. Собственно, задолго до достижения «чёртовой дюжины» бурение превратилось в отчаянно экстремальное занятие. На проходку последних 5 км скважины было использовано 50 км труб. Такова оказалась степень их износа.

В сентябре 1984 г. в очередной раз оборвалась буровая колонна, причём так неудачно, что оторвавшиеся пять километров труб застряли в скважине, прочно её заблокировав. Бурение начали практически заново с глубины 7000 м — и к 1990 году новое ответвление достигло глубины 12 262 м, но тут колонна снова оборвалась. На этот раз возобновление работ признали невозможным. Жаль, но Кольская сверхглубокая итак стала уникальнейшим научно-техническим достижением, не то что превзойти, а даже повторить которое не удалось никому до сих пор. А ведь прошло уже почти полвека с момента старта! На сегодняшний день существует парочка нефтедобывающих скважин, которые превосходят Кольскую своей длинной, но они проходят под углом к поверхности и далеко не так глубоко проникают в земные недра.

Бурение завершили, но это вовсе не должно было означать завершение научного проекта. Уникальный двенадцатикилометровый керн, разделённый на отдельные колонки и пронумерованный, был разложен в девять сотен ящиков. Они хранятся в Ярославле. Тщательное изучение этого бесценного материала продолжается, и по всей видимости будет продолжаться ещё долго. Хуже обстоит дело с самой скважиной. Ещё в ходе работ она служила глубинной обсерваторией, где на разных уровнях устанавливались приборы, которые фиксировали особенности распространения сейсмических волн и кучу других показателей. Причём, всё это входило в единую систему глубинных обсерваторий работавших в трёх десятках других сверхглубоких скважин, находящихся в тысячах километрах друг от друга. Собранная таким образом информация позволяла значительно продвинуться в нелёгком деле предсказания землетрясений . Также обсерватории фиксировали особенности распространения волн от подземных ядерных взрывов, на огромные расстояния и глубины. В числе прочего, это позволило составить глубинные карты возможных залежей полезных ископаемых, которые затем были переданы геологам-практикам.

Мы получали очень интересные разрезы. Мы могли по этим разрезам серьёзно судить о строении земной коры. Даже до ста пятидесяти километров. Это открывало новые возможности для глобального исследования территории Советского Союза , - свидетельствует бывший министр геологии СССР Евгений Козловский.

Кольская сверхглубокая и сейчас могла бы служить уникальной глубинной обсерваторией. Могла, но не служит. Её прекратили финансировать, закрыли, а наземный комплекс с уникальным оборудованием распилили на металлолом. В интервью «Мурманскому вестнику», оказавшемся последним, Давид Миронович Губерман говорил:

Эх, ведь чтобы ее содержать, не губить, были нужны копейки - три миллиона, не долларов, наших, «деревянных», рублей. Не дали, сэкономили! И получили, что хотели... Все говорят, что, мол, это стоит дорого. Знания стоят дорого. Совершенно верно. А почему никто не говорит, сколько стоит незнание?! Гораздо больше. Вы посмотрите, что в Японии творилось, когда случились аварии на атомных станциях… Не понимаю! Мы же стоили копейки! Бурение обходилось дешево, все оборудование было отечественным, ни одного импортного гвоздя. Нет, законсервировали, закрыли, людей поувольняли! Понимаете, все это чепуха, что нет денег на науку! Чепуха, мы не просили много. Зато какая отдача... И сейчас там можно установить научное оборудование, опустить на глубину датчики и проводить замеры. Бесценная информация. По прогнозу тех же землетрясений...

Сейчас в народе гуляет ироничное истолкование аббревиатуры РФ - Ресурсная Федерация. Те, кто повторяет эту недобрую шутку, кажется, воображают, что ресурсы этой самой Федерации, просто лежат во чистом поле. Выходи, собирай голыми руками да укладывай в контейнеры. Но все эти пресловутые ресурсы стали доступны лишь благодаря колоссальной работе, проделанной учёными и инженерами. Какая силища была вгрохана в геологическую разведку, какой интеллектище! И с каким бездумным мотовством это потом пускалось псу под хвост! Очень хочется верить, что наследники, наконец, поумнели, и не растранжирят, то, что ещё осталось, совсем уж бездарно. Есть мнение, что Кольская сверхглубокая ещё может быть восстановлена хотя бы как институт для обучения специалистов по шельфовому бурению. А может, и не только. Говорят, по крайней мере на 8 км в глубину ствол скважины и сейчас вполне «живой» и пригоден для геофизических исследований. Восстановление разрушенного, конечно, обойдётся недёшево, но оно возможно.

Бурение ям под столбы забора и фундамента

Бурение отверстий в грунте является необходимой частью любых строительных работ: установка столбов для заборов, фундаментные работы, установка столбов для линий электропередачи – для всех этих работ бурение необходимо.

Пробурить отверстия разной глубины и диаметра можно с помощью ямобура – специального механизма, предназначенного для бурения. Различают два типа ямобуров: ручные мотобуры (бензобуры) и бурильно-крановые установки на базе автомобилей.

Бурение ям бензобуром (мотобуром)

Принцип работы ручного мобильного ямобура предельно прост и понятен: шнек (бур) входит в почву и, углубляясь вглубь, выбрасывает наружу выработанную землю. Ручной ямобур (мотобур) состоит их двух основных составляющих: бур (шнек) и привод в виде бензинового или электрического двигателя. От привода зависит мощность агрегата, следовательно, и его продуктивность. Крутящий момент двигателя передается на шнек через систему валов и редукторов. Ручной бензобур используется практически на любых видах почвы, и подходит для бурения не глубоких ям – от 1,5 до 3 м. Чаще всего подобные устройства применяются при , выемки грунта для посадки больших растений, бурении шурфов и прочих работ, где требуются неглубокие скважины.

Стоимость ручного и автомобильного бурения

На стоимость бурения влияет тип грунта, наличие культурных наслоений, скальных пород, усложняющих процесс бурения. Цена рассчитывается менеджером компании на основании многих параметров: глубины, диаметра бурения, характера и параметров проходимости грунта (камни, корни деревьев), месторасположение объекта.

Цена бурения ручным бензобуром

Диаметр бурения отверстий	до 20 отверстий	от 21 до 50 отверстий	свыше 51 отверстий
Глубина бурения отверстий до 0,9 метра
	350 руб.	300 руб.	250 руб.
	370 руб.	350 руб.	250 руб.
	400 руб.	370 руб.	300 руб.
	450 руб.	400 руб.	350 руб.
Глубина бурения отверстий от 1 до 1,9 метров
Бурение отверстий диаметром 100 мм	400 руб.	350 руб.	300 руб.
Бурение отверстий диаметром 150 мм	450 руб.	400 руб.	350 руб.
Бурение отверстий диаметром 200 мм	500 руб.	450 руб.	400 руб.
Бурение отверстий диаметром 300 мм	550 руб.	500 руб.	450 руб.

Бурение ямобурами на базе автомобилей

Для бурения глубоких ям, а также отверстий большого диаметра используются ямобуры, которые устанавливаются на передвижную технику. Также целесообразно применение автомобильных ямобуров для выполнения больших объемов работ: для установки столбов электроосвещения, на строительстве крупных объектов, для сооружения свайных фундаментов. Применение бурильно-крановых машин сокращает время строительства и повышает производительность работ, что уменьшает себестоимость. Ямобуры на базе строительной техники производят следующие виды работ:

- установка столбов освещения;

- установка опор ЛЭП;

- бурение под столбы для забора;

- монтаж и завинчивание винтовых свай;

- установка винтовых опор;

- шнековое бурение;

- шпунтовое ограждение котлованов и траншей.

Компания ZABORIVOROTA выполняет бурение ямобурами:

Ямобур Бм-302 на базе автомобиля Газ-66 позволяет изымать грунт на глубину до 3 м, при этом делая скважины диаметром до 1 м. Ямобур Бм-302 на Газ-66 применяется при объемных фундаментных работах, к примеру, при бурении ям для опорных столбов в регионах, где грунт промерзает на большую глубину.

Цена бурения ямобура Бм-302 на базе автомобиля Газ-66

	12000 руб.
Доставка от МКАД до объекта в две стороны	70 руб./км

Ямобур TADANO оснащен телескопической стрелой подачи бура. Подобная техника используется в тех случаях, когда нужно изъять грунт на глубину до 10 м. Ямобур TADANO подходит для бурения скважин под нефтепроводы, свайные фундаменты, линии электропередач, опоры мостов и переходов.

Цена бурения ямобура TADANO

Стоимость 1 машиносмены (8 часов)

Бурение отверстий под фундамент При сооружении столбчатых и ленточно-столбчатых фундаментов также бурятся отверстия, при этом их глубина варьируется в зависимости от типа фундамента и состояния почвы: максимальная глубина бурения может достигать 3 м. Для сооружения столбчатого фундамента из кирпича при перевязке с забиркой достаточно обычного ручного ямобура. То же касается и ленточно-столбчатого фундамента, где диаметр отверстий не превышает 300 мм. Если фундамент сооружается из других материалов, используются автомобильные буры, которые смогут обеспечить больший диаметр отверстий – более 400 мм. Бурение отверстий по ТИСЭ Данная технология установки столбов ограждений и фундаментов используется на пучинистых, глинистых и тяжелых грунтах. Бурение скважин осуществляется при помощи ручных буров ТИСЭ-2Ф и ТИСЭ-3Ф, которые позволяют выполнять отверстия диаметром 200-250 мм. Максимальная глубина скважин после применения этих буро может достигать 3 м. После выполнения вертикальной скважины с использование обычного шнека, к буру присоединяется откидной плуг, позволяющий выполнить внутри скважины полусферическое расширения внизу отверстия. Благодаря этой особенности технологии, столбы из железобетона не выдавливаются из грунта морозным пучением. После, в скважинах выполняется «рубашка» из толя или пергамина, которые будут изолировать бетон от почвы и позволят пучинистым грунтам свободно скользит вдоль свай. Бетон заливается в скважины после их армирования U-образными скобами. Чтобы фундамент по технологии ТИСЭ стал пригодным для строительства на нем зданий, необходимо между столбами соорудить ростверки – несущие конструкции для стен. Для этого можно использовать готовые железобетонные блоки или выполнить монолитный ростверк на месте. Для этого используется деревянная опалубка высотой не менее 300 мм и шириной не менее 400 мм. Ростверки устанавливаются от уровня грунта на высоте минимум 10-15 см. Бурение под столбы ЛЭП Установка линий электропередач (ЛЭП) строго контролируется государством, поэтому процесс их монтажа должен быть максимально технологичным. Для бурения используются автомобильные ямобуры, которые могут обеспечить не только бурение, но и установку столбов ЛЭП. В зависимости от типа опоры, под столбы ЛЭП делают скважины диаметром 250-800 мм и глубиной до 7 м. Оптимальными ямобурами для бурения скважин под столбы ЛЭП являются автомобильный ямобур Бм-302 на базе автомобиля Газ-66 и ямобур TADANO. Услуги бурения, аренда бурильно-крановых машин Компания ZABORIVOROTA предлагает услуги бурения отверстий в грунте при помощи ямобуров различных модификаций в Москве, Подмосковье и соседних регионах. Условия аренды ямобуров и заказа услуги по бурению отверстий стоит уточнять у менеджеров компании.

Как известно, бурение земли, точнее сказать ям в грунте, зачастую является необходимым начальным этапом различных строительных работ на участке.

Данный процесс происходит с применением не только необходимой техники , но и посредством грамотно подобранных специалистов, квалифицирующихся на том или ином виде работ. Но сейчас мы затронем такую актуальную тему, как процесс бурения для столбов ям.

1 Зачем бурить ямы?

Безусловно, наличие забора (к примеру, железной натяжной сетки рабицы или же деревянного) требует от нас проведения определенных работ своими руками на отведенном для этого участке земли. Именно для этого и необходима процедура бурения скважин под столбы (точнее сказать, отверстий определенной глубины).

Сам же процесс бурения мы рассмотрим на примере установки на дачном участке своими руками столбов для забора из сетки рабицы.

Для начала нам потребуется произвести определенный расчет. К примеру, вам необходимо обнести забором определенный садовый или же огородный участок площадью 6-ть соток. Получается, ширина участка земли составляет 20 метров, длина же – 30 метров.

Для нормального монтажа забора своими руками вам потребуется пробурить ямы и забить сваи находящиеся друг от друга на расстоянии 2,5 метров. К этой величине также нужно добавить ещё калитку шириной в 1м, а также ворота шириной 3 м. Как видим, в данном случае необходимо пробурить дополнительные отверстия для столбов, чтобы произвести установку отдельных элементов забора, указанных выше.

Путем нехитрых подсчетов получаем следующий результат: для установки забора своими руками, а также его составляющих (таких как забор и калитка) вам потребуется пробурить около 40 ям.

При бурении земли под столбы главное учитывать следующие параметры:

• высоту и ширину будущего забора;
• тип материалов, из которых забор изготовлен (дерево, камень, железо и т.д.);
• состояние грунта;
• оборудование, которым будет производиться бурение (зачастую используется специальный бур для столбов).

2 Расчет глубины бурения

Чтобы рассчитать глубину при бурении и установки столбов, нам потребуется провести ряд определённых вычислений. Для примера возьмём ограждения участка земли своими руками оцинкованной сеткой рабицей, высота которой составляет 1,5 метра.

Большинство производителей и продавцов для её крепления предлагают именно столбы металлические (или сваи) высотой в 2,4 метра. На основании данных показателей можно подсчитать, что бурение для сваи фундамента должно осуществляться на глубину 80 см.

2.1 Оборудование для бурения ям

Установка забора своими руками подразумевает под собой проведения работ по бурению ям (или же отверстий) под столбы для будущей ограды. На первый взгляд никаких трудностей в этом возникнуть не должно. Но если садовый участок, к примеру, состоит не из мягкого и пушистого чернозема или же песка, а из твердой вязкой глины, то здесь просто неуместной будет лопата.

Во-первых вы потратите много усилий, выкопав яму глубиной 80 см, во вторых – не будут совпадать ширина ямы с диаметром сваи, которую нужно монтировать. Поэтому единственным выходом в данной ситуации будет приобрести ручной ямобур . С помощью него процесс бурения для вас значительно упроститься. Данный агрегат может быть как самодельный, та и заводской.

Но, как говорится в народе, прогресс не стоит на месте, и вместо ручного вы можете приобрести бензобур. По стоимости он немного отличается, так как идет дороже ручного агрегата. Такой бензобур подойдет даже для очень твердой глинистой почвы. А процесс бурения и установки забора своими руками займет у вас от 1 до 2 дней. Поэтому, даже не сомневаясь, вам необходимо приобретать ручной бензобур .

Помимо вышеперечисленных буровых агрегатов, вас может заинтересовать и такой вариант, как садовый ручной ямобур . Он представляет собой несложную металлическую конструкцию, состоящую из 3 основных частей:

• сам непосредственно бур со шнеком , длина которого достигает 1 метра, а диаметр составляет 150 миллиметров;
• труба-рукоятка, которая накручивается на самодельный садовый ямобур;
• удлинитель, который можно накручивать. Он идет в виде трубы длиной до 1 метра.

Такая вот нехитрая конструкция, состоящая из 3-х частей, может весить порядка 10 кг и позволяет пробурить отверстие (или же яму) для сваи глубиной до 2-х метров.

Правда, выбирая ручной садовый ямобур, вы должны помнить и о его сроке службы. Потому что нередко, после полугодового использования такого агрегата можно заметить, что процесс бурения становится всё сложнее, а земля не поддается пробиванию. «В чем же дело?!» — подумаете вы.

Всё дело в том, что самодельный ручной ямобур рассчитан на определенное количество бурений и, зачастую, просто не имеют заточки. Другими словами производители никогда не затачивают ту часть шнека буров, отвечающую за «вгрызание» агрегата в землю и срезания её пластов. Поэтому вам необходимо периодически затачивать не только дешевый ручной садовый ямобур, но и дорогостоящий бензобур.

Существует два способа заточки бурового агрегата. Первый заключается в применении углошлифовальной машины. В народе она называется болгаркой, которая позволяет заточить ваш ямобур без особых усилий. Для такой ответственной и неспешной работы вам потребуется всего лишь 5-10 минут. И как результат – лезвия острые, как нож.

Второй же способ отличается тем, что бензобур вы затачиваете своими руками с помощь обычного напильника, предназначенного для грубой полировки и обработки металла. Единственным минусом такого способа заточки является медленный темп работы. На заточку в среднем уходит от 30-ти минут и до 2-х часов.

И вот, когда ваш бензобур уже готов к работе, и вы определились с глубиной, на которую глубину будете забивать сваи для будущего забора, можете смело начинать бурить ямы.

2.2 Этапы работ по бурению

Когда вам требуется пробурить отверстия (ямы) под сваи будущего забора, необходимо осуществить определенные этапы:

• размечаем участок под будущие сваи (другими словами намечаем места, где нужно пробурить). Обращаем внимание на тип грунта, чтобы рассчитать свои силы и время на проведение данного вида работ;
• подготавливаем бензобур для земляных работ (затачиваем и смазываем его);
• начинаем бурить грунт, не спеша углубляясь в почву земли, постепенно снимая её слои;
• после того, как вы переступили порог 30-40 сантиметров и чувствуете определенные трудности в дальнейшем углублении, нужно взять воду и вылить её в образовавшуюся ямку. Это позволяет смягчить грунт. Благодаря этому ваш бензобур начнет бурить быстрее;
• после того, как основную работу бензобур выполнил, вы переходите к этапу установки сваи (или столбов).

Следуя данным этапам, вы не только быстро вмонтируете сваи и установите забор, но и сэкономите свои денежные средства, так как данный вид работ по бурению можно выполнить вполне самостоятельно. Главное, чтобы под рукой был всегда хороший и острый бензобур. С его помощью вы быстро пробурите ямы под заборные столбы и обзаведетесь надежной оградой. А бензобур вам в этом поможет.

Если же вы затрудняетесь провести бурение ям под забор, тогда можно воспользоваться помощью высококвалифицированных специалистов, которые вам в этом помогут.

2.3 Этапы бурения ям под столбы (видео)